KAUST/武大Nat. Commun.: 沸石介导的双功能催化中CO2直接加氢成烃的选择性描述符

KAUST/武大Nat. Commun.: 沸石介导的双功能催化中CO2直接加氢成烃的选择性描述符

反应器中几种催化固体的级联反应过程已显示出对C1原料的进一步增值的巨大希望。金属基催化剂和沸石的组合在CO2气相加氢中很大程度上控制产物选择性。然而,对于机理上的理解仍不清楚:金属基催化剂通常会导致复杂的产品组成,这可能会导致意想不到的沸石反应性。

因此,阿卜杜拉国王科技大学Jorge Gascon武汉大学Abhishek Dutta Chowdhury等人对在CO2加氢中与高活性铁基催化剂结合时涉及八种不同沸石拓扑结构进行了深入的多变量分析。

KAUST/武大Nat. Commun.: 沸石介导的双功能催化中CO2直接加氢成烃的选择性描述符

固态NMR谱和计算分析表明,活性沸石催化剂及其优选的CO2衍生反应中间体(CO/酯/酮/烃,即无机-有机超分子反应中心)的混合性质,以及10 MR-沸石拓扑,作为控制最终产品选择性的描述符。

为了追踪这种选择性差异的起源并解开复杂的反应机制,对反应后的沸石材料进行了深入的固态核磁共振(ssNMR)光谱分析。此外,在反应物进料中使用完全富含13C同位素的CO2/CO可将灵敏度提高>99%。

KAUST/武大Nat. Commun.: 沸石介导的双功能催化中CO2直接加氢成烃的选择性描述符
通过计算更深入地了解沸石相中有机羰基化物质的稳定性和参与反应循环。结果显示,选择性模式主要由RWGS衍生的CO在沸石上的消耗程度和羰基化物质(特别是烯酮及其衍生酯或二酮)的形成以及典型的碳氢化合物(烯烃/芳烃/石蜡)。
研究人员验证了原位形成的杂化无机-有机材料或超分子反应中心,由无机沸石酸性部位和周围的晶格和其截留的有机化合物组成。该研究为沸石介导的催化剂提供了多相催化反应机理的新见解。

Selectivity Descriptors for the Direct Hydrogenation of CO2 to Hydrocarbons during Zeolite-mediated Bifunctional Catalysis. Nature Communications, 2021. DOI:10.1038/s41467-021-26090-5

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